《電器控制與PLC技術(shù)》課件第4章

第4章可編程控制器的系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理4.1可編程控制器的系統(tǒng)構(gòu)成4.2可編程控制器的工作原理4.3可編程控制器的分類4.4可編程控制器的系統(tǒng)配置4.5小結(jié)習(xí)題

4.1可編程控制器的系統(tǒng)構(gòu)成

4.1.1可編程控制器的硬件系統(tǒng)

PLC是計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種以微處理器為核心的、用于控制的特殊計(jì)算機(jī)，因此PLC的基本組成與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)類似。

PLC的硬件主要由中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心；輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路；通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。對(duì)于整體式PLC，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)，其組成框圖如圖4-1所示；對(duì)于模塊式PLC，各部件獨(dú)立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣?，其組成框圖如圖4-2所示。無論是哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可根據(jù)用戶的需要進(jìn)行配置與組合。圖4-1整體式PLC組成框圖圖4-2模塊式PLC組成框圖盡管整體式PLC與模塊式PLC的結(jié)構(gòu)不太一樣，但各部分的功能作用是相同的。下面對(duì)PLC的各主要組成部分進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1．中央處理單元(CPU)

同一般的微機(jī)一樣，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU隨機(jī)型不同而不同，常用的有三類：通用微處理器(如Z80、8086、80286等)、單片微處理器(如8031、8096等)和位片式微處理器(如AMD29W等)。小型PLC大多采用8位通用微處理器和單片微處理器；中型PLC大多采用16位通用微處理器或單片微處理器；大型PLC大多采用高速位片式微處理器。目前，小型PLC為單CPU系統(tǒng)，而中、大型PLC則大多為雙CPU系統(tǒng)，甚至有些PLC中多達(dá)8個(gè)CPU。對(duì)于雙CPU系統(tǒng)，一般一個(gè)為字處理器，采用8位或16位處理器；另一個(gè)為位處理器，采用由各廠家設(shè)計(jì)制造的專用芯片。字處理器為主處理器，用于執(zhí)行編程器接口功能，監(jiān)視內(nèi)部定時(shí)器，監(jiān)視掃描時(shí)間，處理字節(jié)指令以及對(duì)系統(tǒng)總線和位處理器進(jìn)行控制等。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實(shí)現(xiàn)PLC編程語言向機(jī)器語言的轉(zhuǎn)換。位處理器的采用，提高了PLC的速度，使PLC更好地滿足了實(shí)時(shí)控制要求。在PLC中，CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作。歸納起來主要有以下幾個(gè)方面：

(1)接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。

(2)診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯(cuò)誤等。

(3)通過輸入接口接收現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中。

(4)從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過解釋后執(zhí)行。

(5)根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，通過輸出單元實(shí)現(xiàn)輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。

2．存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器主要有兩種：一種是可讀/寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM；另一種是只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中，存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)程序是由PLC的制造廠家編寫的，和PLC的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運(yùn)行的平臺(tái)。系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能，而且在PLC使用過程中不會(huì)變動(dòng)，所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM或EPROM中的，用戶不能訪問和修改。用戶程序是隨PLC的控制對(duì)象而定的、由用戶根據(jù)對(duì)象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證斷電時(shí)不會(huì)丟失信息。為了防止干擾對(duì)RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運(yùn)行確認(rèn)正常，不需要改變時(shí)，可將其固化在只讀存儲(chǔ)器EPROM中。現(xiàn)在也有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲(chǔ)器。工作數(shù)據(jù)是PLC運(yùn)行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。它存放在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，設(shè)有存放輸入/輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等邏輯器件的存儲(chǔ)區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運(yùn)行情況而確定的。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在斷電時(shí)用后備電源維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在斷電時(shí)可保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。

由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系，因此在PLC產(chǎn)品樣本或使用手冊(cè)中所列存儲(chǔ)器的形式及容量是指用戶程序存儲(chǔ)器。當(dāng)PLC提供的用戶存儲(chǔ)器容量不夠用時(shí)，許多PLC還提供存儲(chǔ)器擴(kuò)展功能。

3．輸入/輸出單元

輸入/輸出單元通常也稱為I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，并以這些數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時(shí)，PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，因而I/O接口必須要實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)。

PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動(dòng)能力的I/O接口，有各種功能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有：數(shù)字量(開關(guān)量)輸入、數(shù)字量(開關(guān)量)輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口，其基本原理電路如圖4-3所示。

常用的開關(guān)量輸出接口按輸出開關(guān)器件不同有三種類型：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出，其基本原理電路如圖4-4所示。繼電器輸出接口可驅(qū)動(dòng)交流或直流負(fù)載，但其響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)作頻率低；晶體管輸出和雙向晶閘管輸出接口的響應(yīng)速度快，動(dòng)作頻率高，但前者只能用于驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載，后者只能用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載。圖4-3開關(guān)量輸入接口(a)直流輸入；(b)交流輸入；(c)交/直流輸入圖4-4開關(guān)量輸出接口(a)繼電器輸出；(b)晶體管輸出；(c)雙向晶閘管輸出

PLC的I/O接口所能接收的輸入信號(hào)個(gè)數(shù)和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)稱為PLC輸入/輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。當(dāng)系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可通過PLC的I/O擴(kuò)展接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。

4．通信接口

PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其他PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。PLC與打印機(jī)連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打??；與監(jiān)視器連接，可將控制過程圖像顯示出來；與其他PLC連接，可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模控制；與計(jì)算機(jī)連接，可組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。

遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信接口模塊。

5．智能接口模塊

智能接口模塊是一獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。它作為PLC系統(tǒng)的一個(gè)模塊，通過總線與PLC相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨(dú)立地進(jìn)行工作。

PLC的智能接口模塊種類很多，如高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、中斷控制模塊等。

6．編程裝置

編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是專用編程器，也可以是配有專用編程軟件包的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。專用編程器由PLC廠家生產(chǎn)，專供該廠家生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品使用，它主要由鍵盤、顯示器和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成。專用編程器有簡(jiǎn)易編程器和智能編程器兩類。簡(jiǎn)易編程器通常只能聯(lián)機(jī)編程，而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序，需將梯形圖程序轉(zhuǎn)化為指令表程序才能輸入。簡(jiǎn)易編程器體積小、價(jià)格便宜，它可以直接插在PLC的編程插座上，或者用專用電纜與PLC相連，以方便編程和調(diào)試。有些簡(jiǎn)易編程器帶有存儲(chǔ)盒，可用來儲(chǔ)存用戶程序，如三菱的FX-20P-E簡(jiǎn)易編程器。

智能編程器又稱圖形編程器，本質(zhì)上它是一臺(tái)專用便攜式計(jì)算機(jī)，如三菱的GP-80FX-E智能型編程器。它既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程?？芍苯虞斎牒途庉嬏菪螆D程序，使用更加直觀、方便，但價(jià)格較高，操作也比較復(fù)雜。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤驅(qū)動(dòng)器，提供錄音機(jī)接口和打印機(jī)接口。專用編程器只能對(duì)指定廠家的幾種PLC進(jìn)行編程，使用范圍有限，價(jià)格較高。同時(shí)，由于PLC產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，因而專用編程器的生命周期也十分有限。因此，現(xiàn)在的趨勢(shì)是使用以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的編程裝置，用戶只要購(gòu)買PLC廠家提供的編程軟件和相應(yīng)的硬件接口裝置即可。這樣，用戶只用較少的投資即可得到高性能的PLC程序開發(fā)系統(tǒng)。

基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的程序開發(fā)系統(tǒng)功能強(qiáng)大。它既可以編制、修改PLC的梯形圖程序，又可以監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行、打印文件、系統(tǒng)仿真等，配上相應(yīng)的軟件還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析等許多功能。

7.電源

PLC配有開關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。對(duì)電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定性要求不高，一般允許電源電壓在其額定值±15%的范圍內(nèi)波動(dòng)。許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感器供電。

8.其他外部設(shè)備

除了以上所述的部件和設(shè)備外，PLC還有許多外部設(shè)備，如EPROM存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器、人機(jī)接口裝置等。

EPROM存儲(chǔ)器是用來將用戶程序固化到EPROM存儲(chǔ)器中的一種PLC外部設(shè)備。為了使調(diào)試好的用戶程序不易丟失，經(jīng)常用EPROM存儲(chǔ)器將PLC內(nèi)RAM的內(nèi)容保存到EPROM中。

PLC內(nèi)部的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器稱為內(nèi)存儲(chǔ)器。有時(shí)可用外部的磁帶、磁盤和用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作成的存儲(chǔ)盒等來存儲(chǔ)PLC的用戶程序，這些存儲(chǔ)器件稱為外存儲(chǔ)器。外存儲(chǔ)器一般通過編程器或其他智能模塊提供的接口，實(shí)現(xiàn)與內(nèi)存儲(chǔ)器之間相互傳送用戶程序。

人機(jī)接口裝置是用來實(shí)現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)的對(duì)話的。最簡(jiǎn)單、最普遍的人機(jī)接口裝置由安裝在控制臺(tái)上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、撥碼開關(guān)、指示燈、LED顯示器、聲光報(bào)警器等器件構(gòu)成。對(duì)于PLC系統(tǒng)，還可采用半智能型CRT人機(jī)接口裝置和智能型終端人機(jī)接口裝置。半智能型CRT人機(jī)接口裝置可長(zhǎng)期安裝在控制臺(tái)上，通過通信接口接收來自PLC的信息并在CRT上顯示出來；而智能型終端人機(jī)接口裝置有自己的微處理器和存儲(chǔ)器，能夠與操作人員快速交換信息，并通過通信接口與PLC相連，也可作為獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)接入PLC網(wǎng)絡(luò)。4.1.2可編程控制器的軟件系統(tǒng)

PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。

系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫，并存入PLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。

PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，因而為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC的主要編程語言采用比計(jì)算機(jī)語言相對(duì)簡(jiǎn)單、易懂、形象的專用

語言。

PLC編程語言是多種多樣的，對(duì)于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品，采用的編程語言的表達(dá)方式也不相同，但基本上可歸納為兩種類型：一是采用字符表達(dá)方式的編程語言，如語句表等；二是采用圖形符號(hào)表達(dá)方式的編程語言，如梯形圖等。具體可參見5.2節(jié)的內(nèi)容。

4.2可編程控制器的工作原理

4.2.1可編程控制器的工作過程

當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作，但CPU不可能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作，它只能按分時(shí)操作(串行工作)方式，每一次執(zhí)行一個(gè)操作，按順序逐個(gè)執(zhí)行。由于CPU的運(yùn)算處理速度很快，因而從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)(并行)完成的。這種串行工作過程稱為PLC的掃描工作方式。用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時(shí)，掃描從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開始掃描執(zhí)行，周而復(fù)始重復(fù)運(yùn)行。

PLC的掃描工作方式與繼電器控制的工作原理明顯不同。繼電器控制裝置采用硬邏輯的并行工作方式，如果某個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點(diǎn)不論處在控制線路的哪個(gè)位置上，都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。而PLC采用掃描工作方式(串行工作方式)，如果某個(gè)軟繼電器的線圈被接通或斷開，其所有的觸點(diǎn)不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才動(dòng)作。但由于PLC的掃描速度快，通常PLC與電氣控制裝置在I/O的處理結(jié)果上并沒有什么差別。

PLC的掃描工作過程除了執(zhí)行用戶程序外，在每次掃描工作過程中還要完成內(nèi)部處理、通信服務(wù)等工作。如圖4-5所示，整個(gè)掃描工作過程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新五個(gè)階段。整個(gè)掃描過程執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期。掃描周期與CPU運(yùn)行速度、PLC硬件配置及用戶程序長(zhǎng)短有關(guān)，典型值為1～100ms。

在內(nèi)部處理階段，進(jìn)行PLC自檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，對(duì)監(jiān)視定時(shí)器(WDT)復(fù)位以及完成一些其他的內(nèi)部處理工作。圖4-5掃描過程示意圖在通信服務(wù)階段，PLC與其他智能裝置實(shí)現(xiàn)通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。

當(dāng)PLC處于停止(STOP)狀態(tài)時(shí)，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。當(dāng)PLC處于運(yùn)行(RUN)狀態(tài)時(shí)，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作外，還要完成輸入采樣信號(hào)、程序執(zhí)行、輸出刷新等工作。

PLC的掃描工作方式簡(jiǎn)單直觀，便于程序的設(shè)計(jì)，并為可靠運(yùn)行提供了保障。當(dāng)PLC掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就被后面將要掃描到的指令所利用，而且還可通過CPU內(nèi)部設(shè)置的監(jiān)視定時(shí)器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時(shí)間，避免由于CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)。4.2.2可編程控制器對(duì)輸入/輸出的處理原則

PLC執(zhí)行程序的過程分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，如圖4-6所示。圖4-6PLC執(zhí)行程序過程示意圖

1．輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入輸入映像寄存器中，此時(shí)輸入映像寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行階段或其他階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。

2．程序執(zhí)行階段

在程序執(zhí)行階段，PLC對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進(jìn)行。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對(duì)于元件映像寄存器來說，其內(nèi)容會(huì)隨程序執(zhí)行的過程而變化。

3．輸出刷新階段

當(dāng)所有程序執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出處理階段。在這一階段里，PLC將輸出映像寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)(輸出繼電器狀態(tài))轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過一定的方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

因此，PLC在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進(jìn)行。當(dāng)PLC進(jìn)入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。這種方式稱為集中采樣，即在一個(gè)掃描周期內(nèi)，集中一段時(shí)間對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣。在用戶程序中，如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映像寄存器中輸出，對(duì)輸出接口進(jìn)行刷新；在其他階段里，輸出狀態(tài)一直保存在輸出映像寄存器中。這種方式稱為集中輸出。

對(duì)于小型PLC，其I/O點(diǎn)數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但使PLC工作時(shí)大多數(shù)時(shí)間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。而對(duì)于大、中型PLC，其I/O點(diǎn)數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶程序較長(zhǎng)，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或采用中斷輸入、輸出方式以及智能I/O接口等多種方式。下面以如圖4-7所示的簡(jiǎn)單例子引出由于PLC掃描工作方式的不同所帶來的輸入/輸出響應(yīng)滯后問題。圖4-7PLC掃描工作方式不同時(shí)的輸入/輸出響應(yīng)滯后問題(a)?Y1、Y2在同一個(gè)掃描周期內(nèi)；(b)?Y1、Y2在兩個(gè)掃描周期內(nèi)4.2.3輸入/輸出滯后分析

由上述兩節(jié)分析可知，從PLC的輸入端輸入信號(hào)發(fā)生變化到PLC輸出端對(duì)該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為PLC輸入/輸出響應(yīng)滯后。對(duì)一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應(yīng)該注意的是，這種響應(yīng)滯后不僅是由PLC掃描工作方式造成的，而且更主要是PLC輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動(dòng)器件的動(dòng)作時(shí)間帶來的輸出延遲，同時(shí)還與程序設(shè)計(jì)有關(guān)。滯后時(shí)間是設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意把握的一個(gè)參數(shù)。

4.3可編程控制器的分類

4.3.1按硬件的結(jié)構(gòu)類型分類

根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。

1)整體式PLC

整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)的形式，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)(見圖4-8)。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元(又稱主機(jī))和擴(kuò)展單元組成?；締卧獌?nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或EPROM存儲(chǔ)器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。圖4-8整體式PLC

2)模塊式PLC

模塊式PLC是將PLC各組成部分分別做成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊(有的含在CPU模塊中)以及各種功能模塊(見圖4-9)的形式。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。圖4-9模塊式PLC

3)疊裝式PLC

還有一些PLC將整體式PLC和模塊式PLC的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂的疊裝式(緊湊式)PLC(見圖4-10)。疊裝式PLC的CPU、電源、I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行連接的，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得小巧。圖4-10疊裝式PLC4.3.2按應(yīng)用規(guī)模及功能分類

根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。

(1)小型PLC。I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下的為小型PLC。其中，I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型或微型PLC。

(2)中型PLC。I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的為中型PLC。

(3)大型PLC。I/O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLC。其中，I/O點(diǎn)數(shù)超過8192點(diǎn)的為超大型PLC。根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔和高檔三類。

(1)低檔PLC。具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能，主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。

(2)中檔PLC。除具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。

(3)高檔PLC。除具有中檔PLC的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其他特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。

在實(shí)際中，一般PLC功能的強(qiáng)弱與其I/O點(diǎn)數(shù)的多少是相互關(guān)聯(lián)的，即PLC的功能越強(qiáng)，其可配置的I/O點(diǎn)數(shù)越多。因此，通常我們所說的小型、中型、大型PLC，除指其I/O點(diǎn)數(shù)不同外，同時(shí)也表示其對(duì)應(yīng)功能為低檔、中檔和高檔。4.3.3按生產(chǎn)廠家分類

自從第一臺(tái)PLC出現(xiàn)以后，日本、德國(guó)、法國(guó)等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。目前，世界上有200多家PLC廠商，400多品種的PLC產(chǎn)品，按地域可分成美國(guó)、歐洲和日本三個(gè)流派產(chǎn)品，各流派的PLC產(chǎn)品各具特色，如日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型PLC性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格便宜，在世界市場(chǎng)上占有重要地位。著名的PLC生產(chǎn)廠家主要有美國(guó)的A-B(Allen-Bradly)公司、GE(GeneralElectric)公司，日本的三菱電機(jī)(MitsubishiElectric)公司、歐姆龍(OMRON)公司，德國(guó)的AEG公司、西門子(Siemens)公司，法國(guó)的TE(Telemecanique)公司等。我國(guó)的PLC研制、生產(chǎn)和應(yīng)用也發(fā)展很快，尤其在應(yīng)用方面更為突出。在20世紀(jì)70年代末和80年代初，我國(guó)隨國(guó)外成套設(shè)備、專用設(shè)備引進(jìn)了不少國(guó)外的PLC。此后，在傳統(tǒng)設(shè)備改造和新設(shè)備設(shè)計(jì)中，PLC的應(yīng)用逐年增多，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)在PLC在我國(guó)的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平起到了巨大的作用。目前，我國(guó)不少科研單位和工廠在研制和生產(chǎn)PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機(jī)制造公司、廈門A-B公司等。

4.4可編程控制器的系統(tǒng)配置

4.4.1FX系列型號(hào)名稱的含義

FX系列PLC是近年來由三菱公司推出的高性能小型可編程控制器，正在逐步替代三菱公司的原F、F1、F2系列PLC產(chǎn)品。其中，F(xiàn)X2是1991年推出的產(chǎn)品，F(xiàn)X0是在FX2之后推出的超小型PLC，近幾年來又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型機(jī)殼內(nèi)的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有較高的性價(jià)比，應(yīng)用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。

FX系列PLC型號(hào)的含義如下：

(1)系列名稱：如0、2、0S、1S、0N、1N、2N、2NC等。

(2)輸入/輸出總點(diǎn)數(shù)：并不具體對(duì)應(yīng)輸入、輸出各自點(diǎn)數(shù)，其各自點(diǎn)數(shù)要具體對(duì)應(yīng)產(chǎn)品說明書。

(3)單元類型：M──基本單元；

E──輸入/輸出混合擴(kuò)展單元；

Ex──擴(kuò)展輸入模塊；

EY──擴(kuò)展輸出模塊。

(4)輸出方式：R──繼電器輸出；

S──晶閘管輸出；

T──晶體管輸出。

(5)特殊品種：D──DC電源，DC輸出；

A1──AC電源，AC(AC100～120V)輸入

或AC輸出模塊；

H──大電流輸出擴(kuò)展模塊；

V──立式端子排的擴(kuò)展模塊；

C──接插口輸入/輸出方式；

F──輸入濾波時(shí)間常數(shù)為1ms的擴(kuò)展模塊。如果特殊品種一項(xiàng)無符號(hào)，則表示AC電源、DC輸入、橫式端子排、標(biāo)準(zhǔn)輸出。

例如，F(xiàn)X2N-32MT-D表示FX2N系列，32個(gè)I/O點(diǎn)基本單位，晶體管輸出，使用直流電源，24V直流輸出型。4.4.2FX系列可編程控制器的基本構(gòu)成

FX系列PLC的硬件包括基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊、模擬量輸入/輸出模塊、各種特殊功能模塊及外部設(shè)備等。

1．FX系列PLC的基本單元

基本單元是構(gòu)成PLC系統(tǒng)的核心部件，包括CPU、存儲(chǔ)器、I/O模塊、通信接口和擴(kuò)展接口等。FX系列PLC有眾多的子系列，現(xiàn)以FX0S、FX0N、FX2N三個(gè)子系列為例加以介紹。

1)?FX0S系列的基本單元

FX0S系列產(chǎn)品的功能簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，適用于小型開關(guān)量控制系統(tǒng)。它只有基本單元，沒有擴(kuò)展單元，其基本單元如表4-1所示。表4-1FX0S系列的基本單元

FX0S容量為800步，有20條基本指令，2條步進(jìn)指令，35種、50條功能指令。FX0S編程元件包括500多點(diǎn)輔助繼電器、64點(diǎn)狀態(tài)寄存器、56點(diǎn)定時(shí)器和一個(gè)模擬定時(shí)器，有16個(gè)16位的計(jì)數(shù)器及4點(diǎn)1相7kHz或1點(diǎn)2相32位高速加/減計(jì)數(shù)器、61點(diǎn)16位數(shù)據(jù)寄存器，還有64點(diǎn)轉(zhuǎn)移用跳步指針及4點(diǎn)中斷指針。

2)?FX0N系列的基本單元

FX0N的基本單元共有12種，最大的I/O點(diǎn)數(shù)為60。它可帶三種擴(kuò)展單元，七種擴(kuò)展模塊，可組成24～128個(gè)I/O點(diǎn)的系統(tǒng)，其基本單元如表4-2所示。表4-2FX0N系列的基本單元

FX0N的EEPROM用戶存儲(chǔ)器容量為2000步，基本指令有20條，步進(jìn)指令2條，應(yīng)用指令36種、51條。FX0N有500多點(diǎn)的輔助繼電器、128點(diǎn)狀態(tài)寄存器、95個(gè)定時(shí)器和45個(gè)計(jì)數(shù)器(其中高速計(jì)數(shù)器13個(gè))，還有大量的數(shù)據(jù)寄存器，76點(diǎn)指針用于跳轉(zhuǎn)、中斷和嵌套。FX0N有較強(qiáng)的通信功能，可與內(nèi)置RS-232C通信接口的設(shè)備通信，如使用FX0N-485APP模塊，可與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)1∶N(最多8臺(tái))的通信。FX0N還備有8位模擬量輸入/輸出模塊(2路輸入，1路輸出)，用以實(shí)現(xiàn)模擬量的控制。由于FX0N體積小、功能強(qiáng)、使用靈活，因而特別適用于因安裝尺寸的限制而難以采用其他PLC的機(jī)械設(shè)備上。

3)?FX2N系列的基本單元

FX2N系列是FX家族中最先進(jìn)的PLC系列。

FX2N基本單位有16/32/48/65/80/128點(diǎn)，六個(gè)基本FX2N單元中的每一個(gè)單元都可以通過I/O擴(kuò)展單元擴(kuò)充為256個(gè)I/O點(diǎn)，其基本單元如表4-3所示。表4-3FX2N系列的基本單元

FX2N具有豐富的元件資源，有3072點(diǎn)輔助繼電器；提供了多種特殊功能模塊，可實(shí)現(xiàn)過程控制、位置控制；有多種RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模塊或功能擴(kuò)展板支持網(wǎng)絡(luò)通信。FX2N具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集，使用32位處理浮點(diǎn)數(shù)，具有方根和三角幾何指令，滿足數(shù)學(xué)功能要求，有很高的數(shù)據(jù)處理速度。

2．FX系列的I/O擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊

FX系列具有較為靈活的I/O擴(kuò)展功能，可利用擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)I/O擴(kuò)展。

1)?FX0N的I/O擴(kuò)展

FX0N系列共有三種擴(kuò)展單元，如表4-4所示。FX0N的擴(kuò)展模塊如表4-5所示。表4-4FX0N系列的擴(kuò)展單元表4-5FX0N系列的擴(kuò)展模塊

2)?FX2N的I/O擴(kuò)展

FX2N子系列的擴(kuò)展單元如表4-6所示。FX2N子系列的擴(kuò)展模塊如表4-7所示。表4-6FX2N子系列擴(kuò)展單元表4-7FX2N子系列的擴(kuò)展模塊此外，F(xiàn)X系列還可將一塊功能擴(kuò)展板安裝在基本單元內(nèi)，無需外部的安裝空間。例如，F(xiàn)X1N-4EX-BD就是可用來擴(kuò)展4個(gè)輸入點(diǎn)的擴(kuò)展板。

3．FX系列的特殊功能模塊

1)模擬量輸入/輸出模塊

(1)模擬量輸入/輸出模塊FX0N-3A。?該模塊具有2路模擬量輸入(0～10VDC或4～20mADC)通道和1路模擬量輸出通道。其輸入通道數(shù)字分辨率為8位，A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs，在模擬與數(shù)字信號(hào)之間采用光電隔離，該模塊占用8個(gè)I/O點(diǎn)，適用于FX1N、FX2N、FX2NC子系列。

(2)模擬量輸入模塊FX2N-2AD。該模塊為2路電壓輸入(0～10VDC，0～5VDC)或電流輸入(4～20mADC)，12位高精度分辨率，轉(zhuǎn)換的速度為2.5ms/通道。該模塊占用8個(gè)I/O點(diǎn)。適用于FX1N、FX2N、FX2NC子系列。

(3)模擬量輸入模塊FX2N-4AD。該模塊有4個(gè)輸入通道，其分辨率為12位?？蛇x擇電流或電壓輸入，選擇通過用戶接線來實(shí)現(xiàn)。可選的模擬值范圍為±10VDC(分辨率為5mV)或4～20mA、-20～20mA(分辨率為20μA)。轉(zhuǎn)換的速度最高為6ms/通道。FX2N-4AD占用8個(gè)I/O點(diǎn)。

(4)模擬量輸出模塊FX2N-2DA。該模塊用于將12位的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成兩點(diǎn)模擬輸出。輸出的形式可為電壓，也可為電流，其選擇取決于接線方式。電壓輸出時(shí)，兩個(gè)模擬輸出通道輸出信號(hào)為0～10VDC和0～5VDC；電流輸出時(shí)為4～20mADC。分辨率為2.5mV(0～10VDC)和4μA(4～20mA)。數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換特性可進(jìn)行調(diào)整。轉(zhuǎn)換速度為4ms/通道。本模塊需占用8個(gè)I/O點(diǎn)，適用于FX1N、FX2N、FX2N子系列。

(5)模擬量輸出模塊FX2N-4DA。該模塊有4個(gè)輸出通道，提供了12位高精度分辨率的數(shù)字輸入，轉(zhuǎn)換速度為2.1ms/通道，使用的通道數(shù)發(fā)生變化時(shí)不會(huì)改變轉(zhuǎn)換速度。其他的性能與FX2N-2DA相似。

(6)模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT。該模塊與PT100型溫度傳感器匹配，將來自四個(gè)箔溫度傳感器(PT100，3線，100Ω)的輸入信號(hào)放大，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成12位可讀數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在主機(jī)單元中。攝氏度和華氏度數(shù)據(jù)都可讀取。它內(nèi)部有溫度變送器和模擬量輸入電路，可以矯正傳感器的非線性，讀分辨率為0.2～0.3?℃，轉(zhuǎn)換速度為15ms/通道。所有的數(shù)據(jù)傳送和參數(shù)設(shè)置都可以通過FX2N-4AD-PT的軟件組態(tài)完成，由FX2N的FROM/TO應(yīng)用指令來實(shí)現(xiàn)。FX2N-4AD-PT占用8個(gè)I/O點(diǎn)，可用于FX1N、FX2N、FX2NC子系統(tǒng)，為溫控系統(tǒng)提供了方便。

(7)模擬量輸入模塊FX2N-4AD-TC。該模塊與熱電偶型溫度傳感器匹配，將來自四個(gè)熱電耦傳感器的輸入信號(hào)放大，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成12位的可讀數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在主單元中。攝氏度和華氏度數(shù)據(jù)均可讀取，讀分辨率在類型為K時(shí)為0.2℃，類型為J時(shí)為0.3℃，可與K型(-100～1200℃)和J型(-100～600℃)熱電偶配套使用。4個(gè)通道分別使用K型或J型，轉(zhuǎn)換速度為240ms/通道。所有的數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)設(shè)置都可以通過FX2N-4AD-TC的軟件組態(tài)完成，占用8個(gè)I/O點(diǎn)。

2)?PID過程控制模塊

FX2N-2LC溫度調(diào)節(jié)模塊用在溫度控制系統(tǒng)中。該模塊配有2通道的溫度輸入和2通道晶體管輸出，即一塊能組成兩個(gè)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。模塊提供了自調(diào)節(jié)的PID控制和PI控制，控制的運(yùn)行周期為500ms，占用8個(gè)I/O點(diǎn)數(shù)，可用于FX1N、FX2N、FX2NC子系列。

3)定位控制模塊

在機(jī)械工作運(yùn)行過程中，工作的速度與精度往往存在矛盾，為提高機(jī)械效率而提高速度時(shí)，停車控制上便出現(xiàn)了問題。所以進(jìn)行定位控制是十分必要的。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，電機(jī)帶動(dòng)的機(jī)械由啟動(dòng)位置返回原位，如以最快的速度返回，則由于高速停車慣性大，在返回原位時(shí)偏差必然較大，如圖4-11(a)所示；若采用如圖4-11(b)所示的方式先減速，便可保證定位的準(zhǔn)確性。圖4-11定位控制模塊在位置控制系統(tǒng)中，常會(huì)采用伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，既可采用開環(huán)控制，也可采用閉環(huán)控制。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，我們可以采用調(diào)節(jié)發(fā)送脈沖的速度改變機(jī)械的工作速度。使用FX系列PLC，通過脈沖輸出形式的定位單元或模塊，即可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)或多點(diǎn)的定位。下面介紹FX2N系列的脈沖輸出模塊和定位控制模塊。

(1)脈沖輸出模塊。FX2N-1PG。FX2N-1PG脈沖發(fā)生器單元可以完成一個(gè)對(duì)獨(dú)立軸的定位，這是通過向伺服或步進(jìn)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)放大器提供指定數(shù)量的脈沖來實(shí)現(xiàn)的。FX2N-1PG只用于FX2N子系列，用FROM/TO指令設(shè)定各種參數(shù)，讀出定位值和運(yùn)行速度。該模塊占用8個(gè)I/O點(diǎn)。輸出最高為100kHz的脈沖串。

(2)定位控制器FX2N-10GM。FX2N-10GM為脈沖序列輸出單元，它是單軸定位單元，不僅能處理單速定位和中斷定位，而且能處理復(fù)雜的控制，如多速操作。FX2N-10GM最多可有8個(gè)連接在FX2N系列的PLC上，最大輸出脈沖為200kHz。

(3)定位控制器FX2N-20GM。一個(gè)FX2N-20GM可控制兩個(gè)軸，可執(zhí)行直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)或獨(dú)立的兩軸定位控制，最大輸出脈沖串為200kHz(在插補(bǔ)期間，最大為100kHz)。FX2N-10GM、FX2N-20GM均具有流程圖的編程軟件，可使程序的開發(fā)具有可視性。

(4)可編程凸輪開關(guān)FX2N-1RM-E-SET。在機(jī)械傳動(dòng)控制中經(jīng)常要對(duì)角位置進(jìn)行檢測(cè)，在不同的角度位置時(shí)發(fā)出不同的導(dǎo)通、關(guān)斷信號(hào)。過去采用機(jī)械凸輪開關(guān)。機(jī)械式開關(guān)雖精度高但易磨損。FX2N-1RM-SET可編程凸輪開關(guān)可用來取代機(jī)械凸輪開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)高精度角度位置檢測(cè)。配套的轉(zhuǎn)角傳感器電纜長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)100m。應(yīng)用時(shí)與其他可編程凸輪開關(guān)主體、無刷分解器等一起可進(jìn)行高精度的動(dòng)作角度設(shè)定和監(jiān)控，其內(nèi)部有EEPROM，無需電池?？蓛?chǔ)存八種不同的程序。FX2N-1RM-SET可接在FX2N上，也可單獨(dú)使用。FX2N最多可接三塊。它在程序中占用PLC的8個(gè)I/O點(diǎn)。

4)數(shù)據(jù)通信模塊

PLC的通信模塊用來完成與別的PLC、其他智能控制設(shè)備或計(jì)算機(jī)之間的通信。以下簡(jiǎn)單介紹FX系列通信用功能擴(kuò)展板、適配器及通信模塊。

(1)通信擴(kuò)展板FX2N-232-BD。FX2N-232-BD是以RS-232C傳輸標(biāo)準(zhǔn)連接PLC與其他設(shè)備的接口板。諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)、條碼閱讀器或打印機(jī)等可安裝在FX2N內(nèi)部。其最大傳輸距離為15m，最高波特率為19200bit/s。利用專用軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，也可方便地由個(gè)人計(jì)算機(jī)向PLC傳送程序。

(2)通信接口模塊FX2N-232IF。FX2N-232IF連接到FX2N系列PLC上，可實(shí)現(xiàn)與其他配有RS-232C接口的設(shè)備進(jìn)行全雙工串行通信，例如個(gè)人計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、條碼閱讀器等。在FX2N系列上最多可連接8塊FX2N-232IF模塊。用FROM/TO指令收發(fā)數(shù)據(jù)。最大傳輸距離為15m，最高波特率為19200bit/s，占用8個(gè)I/O點(diǎn)。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、串行通信波特率等都可由特殊數(shù)據(jù)寄存器設(shè)置。

(3)通信擴(kuò)展板FX2N-485-BD。FX2N-485-BD用于RS-485通信方式。它可以應(yīng)用于無協(xié)議的數(shù)據(jù)傳送。FX2N-485-BD在原協(xié)議通信方式時(shí)，利用RS指令在個(gè)人計(jì)算機(jī)、條碼閱讀器、打印機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。傳送的最大傳輸距離為50m，最高波特率也為19200bit/s。每一臺(tái)FX2N系列PLC可安裝一塊FX2N-485-BD通信板。除利用此通信板實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通信外，還可以用它實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)FX2N系列PLC之間的并聯(lián)。

(4)通信擴(kuò)展板FX2N-422-BD。FX2N-422-BD應(yīng)用于RS-422通信，可連接在FX2N系列的PLC上，并作為編程或控制工具的一個(gè)端口。可用此接口在PLC上連接PLC的外部設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和人機(jī)界面。利用FX2N-422-BD可連接兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元(DU)或一個(gè)DU系列單元和一個(gè)編程工具，但一次只能連接一個(gè)編程工具。每一個(gè)基本單元只能連接一個(gè)FX2N-422-BD，且不能與FX2N-485-BD或FX2N-232-BD一起使用。

(5)接口模塊MSLSECNET/MINI。采用MSLSECNET/

MINI接口模塊，F(xiàn)X系列PLC可用作A系列PLC的就地控制站，構(gòu)成集散控制系統(tǒng)。

以上僅對(duì)FX系列通信模塊作了簡(jiǎn)單的介紹，具體的應(yīng)用在以后的章節(jié)中再做詳述。

5)高速計(jì)數(shù)模塊

PLC中普通的計(jì)數(shù)器由于受到掃描周期的限制，其最高的工作頻率不高，一般僅有幾十千赫茲，而在工業(yè)應(yīng)用中有時(shí)超過這個(gè)工作頻率。高速計(jì)數(shù)模塊滿足了這一要求，它可達(dá)到對(duì)幾十千赫茲以上，甚至兆赫茲的脈沖計(jì)數(shù)。FX2N內(nèi)部設(shè)有高速計(jì)數(shù)器，系統(tǒng)還配有FX2N-1HC高速計(jì)數(shù)器模塊，可作為兩相50kHz通道的高速計(jì)數(shù)。通過PLC的指令或外部輸入可進(jìn)行計(jì)數(shù)器的復(fù)位或啟動(dòng)，其技術(shù)指標(biāo)如表4-8所示。表4-8FX2N-1HC高速計(jì)數(shù)器模塊技術(shù)指標(biāo)

4．FX系列PLC的編程器及其他外部設(shè)備

1)?FX系列編程器

編程器是PLC的一個(gè)重要外圍設(shè)備，用它將用戶程序?qū)懭隤LC用戶程序存儲(chǔ)器。它一方面對(duì)PLC進(jìn)行編程，另一方面又對(duì)PLC的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，編程語言的多樣化，編程器的功能也不斷增加。

(1)簡(jiǎn)易編程器。FX型PLC的簡(jiǎn)易編程器較多，最常用的是FX-10P-E和FX-20P-E手持型簡(jiǎn)易編程器。它們具有體積小、重量輕、價(jià)格便宜、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。簡(jiǎn)易編程器有在線編程和離線編程兩種方式，采用液晶顯示屏顯示，分別顯示2行和4行字符，配有ROM寫入器接口、存儲(chǔ)器卡盒接口。編程器可用指令表的形式讀出、寫入、插入和刪除指令，進(jìn)行用戶程序的輸入和編輯；可監(jiān)視位編程元件的ON/OFF狀態(tài)和字編程元件中的數(shù)據(jù)，如計(jì)數(shù)器、定時(shí)器的當(dāng)前值及設(shè)定值、內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器的值以及PLC內(nèi)部的其他信息。有關(guān)編程器的使用詳見第8章。

(2)?PC機(jī)+編程開發(fā)軟件。FX系列還有一些編程開發(fā)軟件，如GX開發(fā)器。它可以用于生成涵蓋所有三菱PLC設(shè)備的軟件包，使用該軟件可以為FX、A等系列PLC生成程序。它在Windows操作平臺(tái)上運(yùn)行，便于操作和維護(hù)，可以用梯形圖、語句表等進(jìn)行編程，程序兼容性強(qiáng)。FX-PCS/WIN-E-C編程軟件包也是一個(gè)專門用來開發(fā)FX系列PLC程序的軟件包，可用梯形圖、指令表和順序功能圖來寫入和編輯程序，并能進(jìn)行各種編程方式的互換。它運(yùn)用于Ｗindows操作系統(tǒng)，對(duì)于調(diào)試操作和維護(hù)操作來說，可以提高工作效率，并具有較強(qiáng)的兼容性。

2)其他外部設(shè)備

在一個(gè)PLC控制系統(tǒng)中，人機(jī)界面也非常重要。還有一些輔助設(shè)備，如打印機(jī)、EPROM存儲(chǔ)器、外存模塊等。

5．FX系列PLC各單元模塊的連接

FX系列PLC吸取了整體式和模塊式PLC的優(yōu)點(diǎn)，各單元間采用疊裝式連接，即PLC的基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的深度及高度均相同，連接時(shí)不用基板，僅用扁平電纜連接，構(gòu)成一個(gè)整齊的長(zhǎng)方體。使用FROM/TO指令的特殊功能模塊，如模擬量輸入和輸出模塊、高速計(jì)數(shù)模塊等，可直接連接到FX系列的基本單元，或連到其他擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊的右邊。根據(jù)它們與基本單元的距離，對(duì)每個(gè)模塊按0～7的順序編號(hào)，最多可連接8個(gè)特殊